Ядро планети складається з внутрішніх шарів планети. Ядра можуть бути повністю твердими або повністю рідкими, або сумішшю твердих і рідких шарів, як у випадку Землі. У Сонячній системі розміри ядра коливаються приблизно від 20 % (Місяць) до 85 % радіуса планети (Меркурій).

Газові гіганти також мають ядра, хоча їх склад досі є предметом дискусій і варіюється в діапазоні від традиційного кам'яного/залізного до крижаного або ядра з рідкого металевого водню. Ядра газових гігантів пропорційно набагато менші, ніж ядра планет земної групи, хоча, тим не менш, вони можуть бути значно більшими за земні. Ядро Юпітера в 10—30 разів важче за Землю, і екзопланета може мати ядро, яке в 100 разів перевищує масу Землі.

Ядра планет складно досліджувати, оскільки їх неможливо дістати буром, і майже немає зразків, які б напевне були отримані з ядра. Таким чином, вони вивчаються за допомогою непрямих методів, як-от сейсмологія, фізика мінералів і планетарна динаміка.

Відкриття

Ядро Землі У 1797 році Генрі Кавендіш підрахував, що середня щільність Землі в 5,48 раза перевищує густину води (пізніше було уточнено до 5,53), що призвело до загальноприйнятого переконання, що Земля набагато щільніша всередині. Після відкриття залізних метеоритів Еміль Віхерт у 1898 році припустив, що Земля має загальний склад, подібний до залізних метеоритів, але залізо осіло всередині Землі, і пізніше представив це шляхом інтегрування об'ємної щільності Землі з відсутніми залізом і нікелем як ядра. Уперше ядра Землі виявив у 1906 році після відкриття зони тіні від рідкого зовнішнього ядра. До 1936 року сейсмологи визначили загальний розмір ядра, а також межу між рідким зовнішнім ядром і твердим внутрішнім ядром.

Ядро Місяця Внутрішня структура Місяця була охарактеризована в 1974 році за допомогою сейсмічних даних, зібраних місіями Аполлон про місяцетруси. Ядро Місяця має радіус 300 км. Залізне ядро Місяця має рідкий зовнішній шар, який становить 60 % об'єму ядра, з твердим внутрішнім ядром.

Ядра скелястих планет Ядра скелястих планет спочатку були охарактеризовані шляхом аналізу даних космічних кораблів, як-от зонд «Марінер-10» НАСА, який пролетів повз Меркурій і Венеру, щоб спостерігати характеристики їх поверхні. Ядра інших планет не можуть бути виміряні за допомогою сейсмометрів на їх поверхні, тому натомість висновки про них повинні бути зроблені на основі розрахунків цих спостережень. Маса та розмір можуть забезпечити обчислення першого порядку компонентів, які складають внутрішню частину планетарного тіла. Структура скелястих планет обмежена середньою щільністю планети та її . Момент інерції для диференційованої планети менше 0,4, тому що щільність планети зосереджена в центрі. Меркурій має момент інерції 0,346, що свідчить про наявність ядра. Обчислення збереження енергії, а також вимірювання магнітного поля також можуть обмежувати склад, а геологія поверхні планет може характеризувати диференціацію тіла з моменту його акреції. Ядра Меркурія, Венери та Марса складають приблизно 75, 50 та 40 % їх радіусу відповідно.

Формування

Акреція

Планетарні системи утворюються зі сплощених дисків пилу та газу, які швидко (протягом тисяч років) зрощуються в планетезималі приблизно 10 км у діаметрі. З цієї межі діє сила тяжіння, щоб створити зародки планет розміром від Місяця до Марса (105—106 років), і вони розвиваються в планетарні тіла протягом додаткових 10—100 мільйонів років.

Юпітер і Сатурн, швидше за все, сформувалися навколо раніше існуючих скелястих і/або крижаних тіл, перетворюючи ці попередні первісні планети на ядра газових гігантів. Це акреційна модель планетарного ядра формування планет.

Планетарна диференціація широко визначається як розвиток від однорідного тіла до кількох різнорідних компонентів. Ізотопна система / має період напіврозпаду 9 мільйонів років і вважається вимерлою системою через 45 мільйонів років. Гафній є літофільним елементом, а вольфрам — сидерофільним елементом. Таким чином, якщо сегрегація металу (між ядром Землі та мантією) відбулася менш ніж за 45 мільйонів років, силікатні резервуари розвивають позитивні аномалії Hf/W, а металеві резервуари набувають негативних аномалій відносно недиференційованого хондритового матеріалу. Спостережувані співвідношення Hf/W у залізних метеоритах обмежують сегрегацію металу до 5 мільйонів років, співвідношення Hf/W мантії Землі вказує на те, що ядро Землі розділилося протягом 25 мільйонів років. Декілька факторів контролюють сегрегацію металевого ядра, включаючи кристалізацію перовськіту. Кристалізація перовськіту в ранньому є процесом окислення і може стимулювати утворення та вилучення металевого заліза з вихідного силікатного розплаву.

Зіткнення та злиття ядер Зіткнення між тілами розміром з планету в ранній Сонячній системі є важливими аспектами у формуванні та зростанні планет і планетних ядер.

Система Земля-Місяць Гіпотеза гігантського зіткнення стверджує, що зіткнення між теоретичною планетою Тея розміром з Марс і ранньою Землею утворило сучасну Землю і Місяць. Під час цього удару більшість заліза з Теї та Землі потрапила в ядро Землі.

Марс Злиття ядра між прото-Марсом та іншим диференційованим планетоїдом могло відбуватися як швидко, протягом 1000 років, так і повільно, протягом 300 000 років (залежно від в'язкості обох ядер).

Хімія

Визначення первинного складу — Земля Використовуючи еталонну хондритну модель та поєднуючи відомі склади кори та мантії, можна визначити невідомий компонент, склад внутрішнього та зовнішнього ядра: 85 % Fe, 5 % Ni, 0,9 % Cr, 0,25 % Co та всі інші тугоплавкі метали в дуже низькій концентрації. Це залишає ядро Землі з дефіцитом ваги на 5—10 % для зовнішнього ядра та 4—5 % дефіциту ваги для внутрішнього ядра який приписується легшим елементам, які мають бути в космічній кількості та є розчинними у залізі: H, O, C, S, P і Si. Ядро Землі містить половину земного ванадію і хрому і може містити значну кількість ніобію і танталу. Ядро Землі збіднене германієм і галієм.

Компоненти дефіциту ваги — Земля Сірка сильно сидерофільна і лише помірно летюча, силікатна порода нею збіднена. Таким чином, сірка може становити 1,9 % ваги ядра Землі. За подібними міркуваннями фосфор може бути присутнім до 0,2 % ваги. Водень і вуглець, однак, є дуже леткими і, таким чином, були б втрачені під час ранньої акреції, і тому можуть становити лише 0,1—0,2 %ваги відповідно. Таким чином, кремній і кисень компенсують залишковий дефіцит маси ядра Землі; хоча надлишки кожного з них все ще є предметом суперечок, які здебільшого обертаються навколо тиску та ступеня окиснення земного ядра під час його формування. Не існує жодних геохімічних доказів, які б включали будь-які радіоактивні елементи в ядрі Землі. Незважаючи на це, експериментальні дані показали, що калій є сильно сидерофільним при температурах, пов'язаних із формуванням ядра, отже, існує потенціал для калію в ядрах планет, а отже, і калію-40.

Ізотопний склад — Земля Ізотопні співвідношення гафній/вольфрам (Hf/W) у порівнянні з хондритною моделлю показують помітне збагачення силікатної породи, що вказує на збіднення земного ядра. Залізні метеорити, які, як вважають, є результатом дуже ранніх процесів фракціонування ядра, також збіднені. Ізотопні співвідношення ніобію/танталу (Nb/Ta) у порівнянні з хондритною моделлю демонструють помірне збіднення силікатної маси Землі та Місяця.

Паласитові метеорити Вважається, що паласити утворюються на ранньої планетезималі, хоча нещодавня гіпотеза припускає, що вони є сумішшю матеріалів ядра та мантії, створених ударамиEdward R. D. Scott, "Impact Origins for Pallasites, " Lunar and Planetary Science XXXVIII, 2007..

Динаміка

Динамо

Теорія динамо — це запропонований механізм, який пояснює, як небесні тіла, як-от Земля, створюють магнітні поля. Наявність або відсутність магнітного поля може допомогти обмежити динаміку планетарного ядра. Динамо вимагає джерела теплової та/або композиційної плавучості як рушійна сила. Теплова плавучість від ядра, що охолоджується, сама по собі не може забезпечити необхідну конвекцію, як показано моделюванням, тому необхідна композиційна плавучість (через зміни фази). На Землі плавучість походить від кристалізації внутрішнього ядра (яка може статися в результаті температури). Приклади композиційної плавучості включають осадження сплавів заліза на внутрішньому ядрі та незмішуваність рідини, що може впливати на конвекцію як позитивно, так і негативно залежно від температури навколишнього середовища та тиску, пов'язаного з тілом-господарем. Іншими небесними тілами, які виявляють магнітні поля, є Меркурій, Юпітер, Ганімед і Сатурн.

Джерело тепла ядра Ядро планети діє як джерело тепла для зовнішніх шарів планети. У Землі тепловий потік через межу ядра та мантії становить 12 терават. Це значення розраховується на основі різноманітних факторів: тривалого охолодження, диференціації легких елементів, сил Коріоліса, радіоактивного розпаду та прихованої теплоти кристалізації. Усі планетарні тіла мають первісну теплоту, або кількість енергії, отриманої від акреції. Охолодження від цієї початкової температури називається віковим охолодженням, і на Землі вікове охолодження ядра передає тепло в ізолюючу силікатну мантію. У міру зростання внутрішнього ядра прихована теплота кристалізації додається до теплового потоку в мантію.

Стабільність і нестабільність Малі планетні ядра можуть зазнати катастрофічного викиду енергії, пов'язаного зі змінами фази в їх ядрах. Рамсі (1950) виявив, що загальна енергія, що виділяється при такій зміні фази, буде порядку 1029 джоулів; еквівалентно загальному виділенню енергії внаслідок землетрусів протягом геологічного часу. Така подія може пояснити пояс астероїдів. Такі фазові зміни відбуватимуться лише при певному співвідношенні маси до об'єму, і прикладом такої фазової зміни може бути швидке утворення або розчинення твердого компонента ядра.

Тенденції розвитку Сонячної системи

Внутрішні скелясті планети Усі скелясті внутрішні планети, як і Місяць, мають залізне ядро. Венера і Марс мають додатковий головний елемент у ядрі. Вважається, що ядро Венери залізо-нікелеве, як і ядро Землі. З іншого боку, вважається, що Марс має залізо-сірчане ядро, яке розділене на зовнішній рідкий шар навколо внутрішнього твердого ядра. У міру збільшення радіуса орбіти кам'янистої планети розмір ядра відносно загального радіуса планети зменшується. Вважається, що це тому, що диференціація ядра безпосередньо пов'язана з початковим нагріванням тіла, тому ядро Меркурія є відносно великим і активним. Венера і Марс, як і Місяць, не мають магнітних полів. Це може бути пов'язано з відсутністю конвекційного шару рідини, який взаємодіє з твердим внутрішнім ядром, оскільки ядро Венери не є шаруватим. Хоча на Марсі є рідкий і твердий шари, вони, здається, не взаємодіють так, як взаємодіють рідкий і твердий компоненти ядра Землі, створюючи динамо.

Зовнішні газові та крижані гіганти Сучасне розуміння зовнішніх планет у Сонячній системі, крижаних і газових гігантів, теоретично передбачає невеликі ядра зі скелястих порід, оточені шаром льоду, а в моделях Юпітера і Сатурна припускають велику область рідкого металевого водню та гелію. Властивості цих шарів металевого водню є основною проблемою, оскільки їх важко виготовити в лабораторних умовах через високий тиск. Схоже, що Юпітер і Сатурн виділяють набагато більше енергії, ніж вони повинні отримувати від Сонця, що пояснюється теплом, що виділяється шаром водню та гелію. Уран, здається, не має значного джерела тепла, але Нептун має джерело тепла, яке приписують «гарячому» утворенню.

Спостережувані типи

У межах Сонячної системи

Меркурій